Muisti (tietokone)

Kohteesta Wikipedia
Loikkaa: valikkoon, hakuun
Muistityypit
Haihtuvat muistityypit
Haihtumattomat muistityypit

Muisti on tietokoneen osa, johon voidaan tallentaa tietoa. Tieto voidaan tallentaa sähkövarauksina, magneettisina varauksina tai optisesti luettavaan muotoon.

Tietokoneen muistin kapasiteetti mitataan bitteinä tai tavuina. Muistipiirien kapasiteetti ilmoitetaan yleensä bitin monikertoina, keskusmuistin kapasiteetti tavun monikertoina. 1980-luvulla mikrotietokoneissa oleva muistimäärä ilmoitettiin kilotavuina, nykyisissä älypuhelimissa on gigatavuja muistia ja supertietokoneissa on petatavuja muistia.

Arkkitehtuurit[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Pääartikkeli: Muistiarkkitehtuuri

Tietokoneiden muistikäsittelyn ratkaisut vaihtelevat käyttötarkoituksen mukaan. Suurtietokoneet ja supertietokoneet sekä klusterit käyttävät erilaisia ratkaisuja kuin tavalliset henkilökohtaiset tietokoneet tai sulautetut järjestelmät.

Muistin käyttö- ja toteutustavat[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Tietokoneen muistijärjestelmä toteutetaan tavallisesti käyttämällä useita erilaisia komponentteja muistin eri osien käyttötarpeiden mukaisesti. Muistit voidaan luokitella usean eri kriteerin perusteella eri tyyppeihin:

  • välimuisti tai keskusmuisti käyttötarkoituksen mukaan
  • hajasaanti-, suorasaanti ja sarjasaantimuisteihin muistin hakutavan perusteella
  • lukumuisteihin (ROM) ja luku-/kirjoitusmuisteihin (RAM) sen mukaan voidaanko muistiin kirjoittaa vai ei
  • haihtuviin ja haihtumattomiin muisteihin tiedon keston mukaan (volatile, non-volatile)
  • tallennusvälineen (media) perusteella levy-, nauha- tai puolijohdemuisteihin, ks. massamuisti

Keskusmuistit[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Keskusmuisti on tietokoneohjelmien käyttämä työmuisti. Ohjelmat ja niiden käyttämät tiedot pitää hakea työmuistiin ennen kuin prosessori voi suorittaa tai käyttää niitä. Keskusmuistina käytetään DRAM-tyyppisiä puolijohdemuisteja.

Keskusmuistin toimintaa nopeutetaan tallentamalla sen useimmin käytetyt osat keskusyksikön yhteyteen sijoitettuun välimuistiin. Välimuistina käytetään SRAM-tyyppistä puolijohdemuistia.

Muistityypit voidaan yhdistää niin, että niitä kaikkia voidaan käyttää samaan tapaan. Näennäismuisti eli virtuaalimuisti laajentaa ohjelmien käytettävissä olevaa keskusmuistin kapasiteettia siirtämällä harvoin käytetyt keskusmuistin osat massamuistiin.

Muistin saantitavat[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Muistit jaetaan niiden saantitavan mukaan kahteen luokkaan, suorasaantimuisteihin sekä sarjasaantimuisteihin. Sarjasaantimuistit käyttävät yleensä tietovälineenä nauhaa, suorasaantimuistit levyä. Sarjasaantimuisteissa koko nauhan sisältö voidaan joutua kelamaan lukupään ohi ennen kuin haluttuun tietoon päästään käsiksi. Suorasaantimuisteissa tietoalkio voidaan hakea suoraan sen osoitteen perusteella. Nykyisissä kiintolevyissä hakuaika on alle kymmenen millisekuntia. Lukupää siirtyy parissa millisekunnissa halutulle uralle ja koko uran sisältö voidaan lukea muutamassa millisekunnissa.

Hajasaantimuistit (engl. random access memory, RAM) erotetaan joskus omaksi luokakseen. Niissä minkä tahansa muistialkion haku tapahtuu mikrosekunnin murto-osassa. Hajasaantimuistit on nykyisin toteutettu puolijohteilla eikä niissä ole liikkuvia osia. Hajasaantimuisteja käytetään tavallisesti tietokoneen keskusmuistissa.

Haihtumattomat muistit[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Muistit voidaan lisäksi jakaa kahteen luokkaan sen mukaan, häviääkö niihin tallennettu tieto virransyötön katketessa vai ei. Haihtumattomien muistien (engl. non-volatile memory) sisältö säilyy ilman virransyöttöä, haihtuvissa muisteissa (engl. volatile memory) ei.

Perinteisessä puolijohdemuisteissa tieto on tallennettu sähkövarauksina ja tieto haihtuu niiltä nopeasti virransyötön katketessa. Levy- ja nauhamuisteissa tieto on tallennettu magneettisesti tai optisesti ja se säilyy ilman tehonsyöttöä. Ne sopivatkin hyvin massamuisteiksi.

On myös olemassa puolijohdemuisteja (ROM, PROM, tai EPROM), joilta tieto ei häviä tai se häviää hyvin hitaasti. Niille tieto voidaan tallentaa joko valmistusvaiheessa tai sähköisesti erillisen tallennuslaitteen avulla. Nykyisin käytetään tavallisesti EEPROM-tyyppisiä flash-muisteja, joille lukeminen ja kirjoittaminen onnistuu lähes keskusmuistin tapaan.

Lukumuisti ja hajasaantimuisti[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Lukumuistin (engl. read-only memory, ROM) sisältöä ei voi muuttaa. Luku-kirjoitusmuistin tai hajasaantimuistin (engl. read-write memory, RWM, engl. random access memory RAM) sisältöä voidaan muuttaa.

Tilastoa[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Vuonna 2002 maailman tallennetusta tiedosta 92 prosenttia oli magneettisessa muodossa, siis lähinnä tietokoneiden levyillä ja nauhoilla.

Tietokoneen muistin historia[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Ensimmäisten tietokoneiden keskusmuisti oli toteutettu releillä tai tyhjiöputkilla. Massamuistina käytettiin paperisia reikänauhoja. 1940- ja 1950-luvuilla kehitettiin elohopeamuistit, niissä tieto tallennettiin akustisesti putken päästä toiseen eteneviin ääniaaltoihin.

Magneettiset muistit syrjäyttivät muut muistitekniikat 1950-luvun lopulta lähtien. Keskusmuistina käytettiin aluksi rumpumuistia, jossa tieto tallennetaan nopeasti pyörivän rummun pinnalle. Ne hävisivät kuitenkin nopeasti rengasmuistille (engl. core memory). Rengasmuisti koostuu pienistä ferriittirenkaista, joissa oleva magneettikenttä voi vaihtaa suuntaa myötäpäivään tai vastapäivään. Jokaiseen renkaaseen voidaan siis tallentaa yksi bitti.

Nykyiset puolijohdemuistit kehitettiin 1970-luvulla. Yhdelle mikropiirille saatiin aluksi tallennettua 1024 bittiä. Se oli huima parannus rengasmuisteihin verrattuna ja mikropiirit syrjäyttivät nopeasti rengasmuistit.